一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备及方法，一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备包括测试台Ⅱ，测试台Ⅱ内设有控温装置，测试台Ⅱ上依次设有被测样品、测试台Ⅰ、微系统封装模块、控压和测量距离装置，微系统封装模块内设有测温二极管，测温二极管与电流输出和电压采样装置电连接；一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试方法包括采用瞬态热阻测试设备进行K系数的提取；对样品进行加热降温测试；测试曲线及数据处理；最后计算两个不同材料之间的表面接触热阻。本发明专利技术通过实测推算出界面接触热阻，测试精度和效率更高，测试流程简易，可完成对不同材料、不同压力、不同粗糙度以及不同温度条件下的接触热阻提取。下的接触热阻提取。下的接触热阻提取。

【技术实现步骤摘要】
一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备及方法


[0001]本专利技术属于微系统
，具体涉及一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备及方法。

技术介绍

[0002]随着微系统集成度越来越高，由于其内部封装越来越复杂的工艺结构以及热流密度不断增大的热设计需求，精准提取微系统内部封装材料的热特性参数对于评估微系统热性能及其热设计工作极其关键。微系统内部封装材料之间的接触热阻是影响微系统模块内部热传导的关键热参数，其大小直接关系到微系统模块的整体结壳热阻值。基于瞬态热测试的结构函数曲线进行材料接触热阻的提取，有效降低了材料热特性参数的测试周期，提高了测试效率及精度，具有极大的工程应用价值。
[0003]目前针对材料热导率及材料间的接触热阻的测试方法主要有基于ASTM
‑
D5470标准的稳态测试法，该测试法主要通过测试不同厚度界面的上下温差和热流量计算获取。该方法需要在样件中添加热电偶进行检测温度，由于测试样件上开孔导致测试存在一定的偏差，测试精度很难控制，另外基于稳态法的测试需要测试系统达到完全的热稳定，这无疑导致测试效率低下。而其它的测试方法有非稳态法如热线法、瞬态平面热源法和激光闪射法，但此类方法对测试环境要求很高，精准提取特定材料间的接触热阻有一定难度。
[0004]随着微系统封装集成度的不断提高，其内部封装材料越来越多，将导致其内部封装接触热阻占比越来越大，精准提取其接触热阻值对微系统热管理至关重要，而影响接触热阻的因素较多，不同材料、不同压力、不同材料界面粗糙度甚至温度等都是影响材料间接触热阻的关键变量，目前常用的稳态接触热阻测试方法采用热电偶会影响样品的热流路径导致测试偏差大，且测试步骤繁琐、效率偏低。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备及方法，解决了现有技术中测试偏差大且测试步骤繁琐、效率偏低的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备，包括测试台Ⅱ，测试台Ⅱ内设有控温装置，测试台Ⅱ上依次设有被测样品、测试台Ⅰ、微系统封装模块、控压和测量距离装置，微系统封装模块内设有测温二极管，测温二极管与电流输出和电压采样装置电连接。
[0007]本专利技术还公开了一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试方法，使用一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备，包括：采用一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备进行K系数的提取；对材料测厚并进行加热降温测试；测试曲线及数据处理；最后计算两个不同材料之间的表面接触热阻。
[0008]优选的，具体按照以下步骤进行：
[0009]步骤S1、K系数提取；通过对测温二极管施加不同的测试电流和不同的温度获得温度
‑
电压曲线，线性拟合得到直线斜率即为K系数；
[0010]步骤S2、加热降温测试；测试分为两组，分别测得第一组和第二组的材料的厚度，对微系统封装模块施加加热电流结束后施加测试电流进行电压的采样，得到两组电压
‑
时间曲线；
[0011]步骤S3、测试曲线及数据处理；对温度
‑
电压曲线和两组电压
‑
时间曲线进行平滑处理、剔除坏点，进一步处理得到结构函数曲线，通过结构函数曲线得到两组的测试瞬态总热阻；
[0012]步骤S4、计算两个不同材料之间的表面接触热阻；将步骤S2两组材料的厚度和步骤S3实测的瞬态总热阻值以及材料各物理参数输入到接触热阻计算公式中即可获得被测材料间的表面接触热阻；
[0013][0014][0015]其中，
[0016]综上，
[0017]其中，S为被测材料间的接触面积，R1为第一组测试对应的瞬态总热阻，R2为第二组测试对应的瞬态总热阻，C2、C5和C7为不同厚度的固体材料Ⅰ，C6为固体材料Ⅱ，C1、C3为第一组测试对应的导热硅脂，C4、C8为第二组测试对应的导热硅脂，R
package
为微系统封装模块的封装热阻，R
设备1
为测试台Ⅰ的热阻，R
设备2
为测试台Ⅱ的热阻，和为低热阻上界面导热硅脂的总热阻，和为低热阻下界面导热硅脂的总热阻，H2为C2的厚度，H5为C5的厚度，H6为C6的厚度、H7为C7的厚度，K2为样品C2、C5、C7的热导率，K6为样品C6的热导率，为C2的传导热阻，为C5的传导热阻，为C6的传导热阻，为C7的传导热阻，为C5和C6的表面接触热阻，为C6和C7的表面接触热阻。
[0018]优选的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0019]步骤S11、在测试台Ⅱ表面涂一层导热硅脂，调整控压和测量距离装置使得测试台Ⅰ与测试台Ⅱ紧密接触，控温装置控制测试台Ⅱ内温度不变，通过电流输出和电压采样装置对测温二极管施加不同的测试小电流并记录电压获得电流
‑
电压曲线，在电流
‑
电压曲线选择拐点处对应的电流值为测试电流值；
[0020]步骤S12、输入测试电流值，通过控温装置设置不同的温度值，当温度稳定后记录测温二极管的输出电压值，完成多点数据采样获得温度
‑
电压曲线，线性拟合得到的直线斜率即为K系数。
[0021]优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0022]步骤S21、将第一组和第二组的材料置于测试台Ⅱ上，通过控压和测量距离装置获
得第一组和第二组的材料的厚度，通过控压和测量距离装置设置测试压力同时使用控温装置控制测试台Ⅱ温度不变，打开电流输出和电压采样装置，输入加热电流给微系统封装模块加热；
[0023]步骤S22、将加热电流关闭切换为测试电流进行电压的采样，整个电压采样的过程即为微系统封装模块降温的过程，采集的数据得到电压
‑
时间曲线。
[0024]优选的，所述步骤S21中加热时间为一种微系统封装内界面材料的接触热阻测试设备热平衡时间。
[0025]优选的，所述步骤S2中第一组测试为测试台Ⅱ放置固体材料Ⅰ，第二组测试为测试台Ⅱ上依次放置固体材料Ⅰ、固体材料Ⅱ、固体材料Ⅰ。
[0026]优选的，所述步骤S3中结构函数曲线由时间
‑
温度曲线通过求导、反卷积、数据离散和阻抗模型转换最终提取得到。
[0027]优选的，所述时间
‑
温度曲线通过步骤S1中的K系数和步骤S2的电压
‑
时间曲线处理得到。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：一种基于瞬态热阻测试法的接触热阻测试设备通过调整控压和测量距离装置使得测试台Ⅰ与测试台Ⅱ紧密接触，能够测到测温二极管电流
‑
电压曲线，将材料放置于测试台Ⅱ上，对材料测厚并进行加热降温测试得到电压
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时间曲线，后续测得的测试瞬态总热阻提供了数据，使得测试瞬态总热阻的数据更为完善本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备，其特征在于，包括测试台Ⅱ(8)，测试台Ⅱ(8)内设有控温装置(1)，测试台Ⅱ(8)上依次设有被测样品(2)、测试台Ⅰ(7)、微系统封装模块(3)、控压和测量距离装置(5)，微系统封装模块(3)内设有测温二极管(4)，测温二极管(4)与电流输出和电压采样装置(6)电连接。2.一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试方法，其特征在于，使用权利要求1所述的一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备，包括：采用一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试设备进行K系数的提取；对材料测厚并进行加热降温测试；测试曲线及数据处理；最后计算两个不同材料之间的表面接触热阻。3.根据权利要求2所述的一种微系统封装模块内界面材料的接触热阻测试方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1、K系数提取；通过对测温二极管(4)施加不同的测试电流和不同的温度获得温度
‑
电压曲线，线性拟合得到直线斜率即为K系数；步骤S2、加热降温测试；测试分为两组，分别测得第一组和第二组的材料的厚度，对微系统封装模块(3)施加加热电流结束后施加测试电流进行电压的采样，得到两组电压
‑
时间曲线；步骤S3、测试曲线及数据处理；对温度
‑
电压曲线和两组电压
‑
时间曲线进行平滑处理、剔除坏点，进一步处理得到结构函数曲线，通过结构函数曲线得到两组的测试瞬态总热阻；步骤S4、计算两个不同材料之间的表面接触热阻；将步骤S2两组材料的厚度和步骤S3实测的瞬态总热阻值以及材料各物理参数输入到接触热阻计算公式中即可获得被测材料间的表面接触热阻；间的表面接触热阻；其中，综上，其中，S为被测材料间的接触面积，R1为第一组测试对应的瞬态总热阻，R2为第二组测试对应的瞬态总热阻，C2、C5和C7为不同厚度的固体材料Ⅰ，C6为固体材料Ⅱ，C1、C3为第一组测试对应的导热硅脂，C4、C8为第二组测试对应的导热硅脂，R
package
为微系统封装模块(3)的封装热阻，R
设备1
为测试台Ⅰ的热阻，R
设备2
为测试台Ⅱ的热阻，和为低热阻上界面导热硅脂的总热阻，和为低热阻下界面导热硅脂的总热阻，H2为C2的厚度，H5为C5的厚度，H6为C6的厚度、H7为C7的厚度，K2为样品C2、C5、C7的热导率，K6为样品C6的热导率，为C2的传导热阻，为C5的传导热阻，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志祥，李逵，匡乃亮，郭雁蓉，师航波，韶甜甜，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：